anÁlise de falhas dos equipamentos de um...
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA DA CONFIABILIDADE
EDUARDO DE OLIVEIRA BELO
ANÁLISE DE FALHAS DOS EQUIPAMENTOS DE UM ALTO FORNO
MONOGRAFIA DE ESPECIALIZAÇÃO
CURITIBA
2019
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EDUARDO DE OLIVEIRA BELO
ANÁLISE DE FALHAS DOS EQUIPAMENTOS DE UM ALTO FORNO
Monografia apresentada como requisito parcial à obtenção do título de Especialista em Engenharia da Confiabilidade, do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Mariano
CURITIBA
2019
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TERMO DE APROVAÇÃO
ANÁLISE DE FALHAS DOS EQUIPAMENTOS DE UM ALTO FORNO
por
EDUARDO DE OLIVEIRA BELO
Esta monografia foi apresentada em 04 de outubro de 2019, como requisito parcial
para obtenção do título de Especialista em Engenharia da Confiabilidade, outorgado
pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná. O aluno foi arguido pela Banca
Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a
Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.
Prof. Carlos Henrique Mariano Professor Orientador - UTFPR
Prof. Emerson Rigoni Membro Titular da Banca - UTFPR
Prof. Wanderson Stael Paris Membro Titular da Banca – UTFPR
O Termo de Aprovação assinado encontra-se na Coordenação do Curso.
Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Curitiba Diretoria de Pesquisa e Pós-Graduação
Departamento Acadêmico de Eletrotécnica Especialização em Engenharia da Confiabilidade
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Dedico este trabalho a minha esposa Ludimila Belo e aos meus familiares pelo apoio incondicional em todos os momentos da minha carreira e principalmente da minha vida.
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AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar a Deus por sempre ter nos dado força para prosseguir,
acima de tudo com sabedoria e entendimento. Aos meus queridos pais, por sempre
ter-me conduzido no caminho da educação, sempre com muito amor. Ao corpo
docente e discente desta universidade. Ao corpo gerencial da ArcelorMittal Tubarão
pela oportunidade cedida de realizar parte deste trabalho acadêmico no âmbito de
suas instalações. Em especial minha mãe Marilza por sempre me incentivar e me
fazer acreditar que era possível. Agradeço também a minha esposa Ludimila Belo
por percorrermos juntos o caminho até aqui.
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RESUMO
BELO, E.O. Análise de falhas dos equipamentos de um Alto Forno. 2019. 74. Monografia (Especialização em Engenharia da Confiabilidade) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2019.
Com a alta competitividade mundial do setor siderúrgico e principalmente o volume de produção em larga escala de grandes potencias como China e EUA, se faz necessário reduzir custos de forma estratégica e aumentar a estabilidade dos processos produtivos. Para alcançar os índices de crescimento e produtividade desejados, a eficácia da manutenção aplicada ao processo produtivo mostra-se indispensável. O conjunto das manutenções preventiva, preditiva e corretiva, se planejado de forma adequada, tende a reduzir o grande número de falhas de equipamentos aumentando confiabilidade e disponibilidade dos ativos, maximizando os resultados e reduzindo custos. Devido diversas ocorrências de falhas de um Alto Forno em 2018 e constantes perdas de produção, será aplicado neste estudo a metodologia do RCM – Reliability Centered Maintenance para analisar a confiabilidade, disponibilidade e manutenabilidade dos equipamentos, a fim de reduzir o índice de falhas dos ativos.
Palavras-chave: Confiabilidade. RCM. Alto Forno. Ativos. Manutenção. Falha.
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ABSTRACT
BELO, E.O. Failure analysis of blast furnace equipment. 2019. 74. Monografia (Especialização em Engenharia da Confiabilidade) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2019. With the global competitiveness increasing in the steel industry and large-scale production by large countries such as China and USA, it is necessary to reduce costs in a smart and strategical manner in order to stabilize the production. To achieve these metrics of growth and productivity, efficiency in the execution of maintenance applied to the production is indispensable. If predictive, preventive and corrective maintenance is planned and executed correctly, the number of equipment failures tends to decrease significantly, increasing asset reliability and availability, which will in return, help maximize the results while simultaneously minimizing costs. Due to various occurrences of equipment failure in the blast furnace in 2018 and constant loss of production, it will be applied in this study the RCM method (Reliability Centered Maintenance) to better analyze how the maintenance is performed with the objective of reducing the asset failure rate.
Key-Words: Reliability. RCM. Blast Furnace. Assets. Maintenance. Failure.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Fluxograma de Produção da ArcelorMittal Tubarão Fase 7,5 Mt/ano. ..... 18 Figura 2 - Zonas Internas de um Alto Forno .............................................................. 20 Figura 3 - Composição da planta .............................................................................. 21 Figura 4 – Sistema de carregamento do alto forno ................................................... 22
Figura 5 – Sistema de topo do alto forno .................................................................. 24 Figura 6 – Equipamento para perfuração .................................................................. 26 Figura 7 - Processo de furo ....................................................................................... 27 Figura 8 – Desenho esquemático do Sistema de “Stave Cooler” .............................. 27 Figura 9 – Sistema de refrigeração “Stave Cooler” de um alto forno ........................ 28
Figura 10 – Sistema dos regeneradores ................................................................... 29
Figura 11 - Representação sistemática dos regeneradores ...................................... 30
Figura 12 – Sistema típico de lavagem de gás .......................................................... 31 Figura 13 – Planta de moagem e injeção .................................................................. 33 Figura 14 – Injeção de carvão ................................................................................... 34 Figura 15 - Evolução da Manutenção ........................................................................ 36
Figura 16 - Relação Gráfica entre parâmetros de confiabilidade .............................. 48 Figura 17 - Relação entre Disponibilidade e a Situação do Componente. ................ 50
Figura 18 - Curva confiabilidade versus não confiabilidade ...................................... 50 Figura 19 - Tipos de curvas de falha ......................................................................... 52 Figura 20 - Curva da banheira................................................................................... 52
Figura 21 - Diagrama de blocos funcionais ............................................................... 54 Figura 22 - Revisão do cadastro e classificação dos equipamentos ......................... 55
Figura 23 – Classificação dos equipamentos ............................................................ 58
Figura 24 - Planilha FMEA PT.1 ................................................................................ 62 Figura 25 - Planilha FMEA PT.2 ............................................................................... 63 Figura 26 – Planilha FMEA PT.3 ............................................................................... 63
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LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – RVS acumulada......................................................................................66 Gráfico 2 – Ocorrências de turno 2015 ~2019..........................................................67
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Evolução da Manutenção ......................................................................... 38 Tabela 2 - Custo por tipo de manutenção ................................................................. 41 Tabela 3 - Comparação da Manutenção Tradicional com a MCC ............................. 43
Tabela 4 - Critério de criticidade para equipamentos ................................................ 56 Tabela 5 - Fator de Correção para Faixa de Criticidade ........................................... 57 Tabela 6 - Classificação Final de Criticidade............................................................. 57 Tabela 7 – Análise de Modos de Falha e Efeitos para Equipamentos – FMEA ........ 58 Tabela 8 - Tabela de Severidade .............................................................................. 59
Tabela 9 – Tabela de Probabilidade e Ocorrência .................................................... 60
Tabela 10 – Tabela de Probabilidade de Detecção ................................................... 60
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LISTA DE SIGLAS BF Blast Furnace
RCM Reliability Centered Maintenance
MCC Manutenção Centrada em Confiabilidade
TMEF Tempo médio entre falhas
TMPF Tempo médio para falha
TMPR Tempo médio para reparo
FMEA Failure Mode and Effect Analysis
DFMEA Design Failure Modes and Effects Analysis
PFMEA
DBF
RVS
Process Failure Modes and Effects Analysis
Diagrama de blocos funcionais
Redução do Volume de Sopro
LISTA DE SÍMBOLOS
λ - Lambda
β - Beta
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................... 13 1.1 PREMISSAS E PROBLEMA DE PESQUISA ................................................. 13 1.2 OBJETIVOS ................................................................................................... 14 1.2.1 Objetivo Geral ................................................................................................ 14 1.2.2 Objetivos Específicos ..................................................................................... 14 1.3 JUSTIFICATIVAS ........................................................................................... 15 1.4 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ....................................................... 15 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO ....................................................................... 16 2 FUNDAMENTOS DO PROCESSO SIDERÚRGICO...................................... 17 2.1 VISÃO GERAL DO PROCESSO SIDERÚRGICO ......................................... 17 2.2 PROCESSO DO FORNO ............................................................................... 18 2.3 PRINCIPAIS ÁREAS DE UM ALTO FORNO ................................................. 21 2.3.1 Carregamento ................................................................................................ 21 2.3.2 Topo do Alto Forno ......................................................................................... 23 2.3.3 Casa de Corrida ............................................................................................. 25 2.3.4 Sistema de refrigeração da carcaça (Staves) ................................................. 27 2.3.5 Regeneradores ............................................................................................... 29 2.3.6 Sistema de Limpeza de Gás .......................................................................... 31 2.3.7 Sistema de moagem e injeção de carvão ....................................................... 32 3 REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................ 35 3.1 MANUTENÇÃO .............................................................................................. 35 3.1.1 Manutenção Corretiva .................................................................................... 39 3.1.2 Manutenção Preventiva .................................................................................. 39 3.1.3 Manutenção Preditiva ..................................................................................... 40 3.1.4 Mantenabilidade e disponibilidade ................................................................. 40 3.2 RCM (RELIABILITY CENTERED MAINTENANCE) ....................................... 42 3.3 PLANOS DE MANUTENÇÃO ........................................................................ 43 3.4 FMEA - ANÁLISE DE MODOS DE FALHA E EFEITOS ................................ 44 3.4.1 Confiabilidade ................................................................................................. 46 3.4.2 Ferramentas Matemáticas .............................................................................. 47 3.4.3 Curva da Banheira ......................................................................................... 51 4 APLICAÇAÇÃO DA METODOLOGIA RCM AO PROCESSO ...................... 54 4.1 CRIAÇÃO DO DIAGRAMA DE BLOCOS FUNCIONAIS (DBF) ..................... 54 4.2 REVISÃO DO CADASTRO ............................................................................ 55 4.3 ANÁLISE DA CRITICIDADE DOS EQUIPAMENTOS .................................... 55 4.4 REVISÃO DOS EQUIPAMENTOS NÃO CRÍTICOS ...................................... 64 4.5 CRIAÇÃO E IMPLEMENTAÇÃO DOS PLANOS DE MANUTENÇÃO ........... 64 5 RESULTADOS .............................................................................................. 65 6 CONCLUSÕES E DISCUSSÕES .................................................................. 67 7 REFERÊNCIAS ............................................................................................. 68 8 ANEXO I ........................................................................................................ 70
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1 INTRODUÇÃO
Em um mercado altamente competitivo, globalizado e muito dinâmico, onde
a busca por boas práticas que conduzem uma organização na linha da
produtividade, qualidade e respeito ao meio ambiente são fatores diferenciais para a
sustentabilidade das empresas. Esta que também pode e deve ser alcançada com
técnicas de manutenções que quando estão alinhadas com a cadeia produtiva
geram significativos retornos.
As empresas atualmente procuram as melhores práticas de manutenção
devido a alguns fatores, dentre eles: o custo de manutenção gira em torno de 4% a
15% do custo de produção, sendo que 1/3 destes custos são desnecessários, e
boas práticas de manutenções podem maximizar em 30% a utilização de ativos,
aumentado a produtividade da empresa (PIRES, 2012).
A exigência pela garantia da qualidade dos produtos, o cumprimento dos
requisitos ambientais e de segurança e o baixo custo de manutenção, são grandes
desafios quando se busca aumento de desempenho dos equipamentos.
Neste contexto a manutenção pode contribuir para que a empresa atenda o
mercado de forma mais competitiva, proporcionando equipamentos mais
disponíveis, confiáveis e com custos adequados. E é com foco na manutenção que
este trabalho será desenvolvido, onde será realizada uma análise sobre os
equipamentos de um Alto Forno, área essencial para o processo siderúrgico. Será
feita uma análise geral utilizando a metodologia do RCM (Realibility Centered
Maintenance) auxiliada por uma análise FMEA (Failure Mode and Effect Analysis)
visando a identificação dos pontos críticos para atuação. A assertividade na
identificação dos principais pontos de falha é essencial para a otimização dos
índices de manutenção e, consequentemente, melhores resultados operacionais e
produtivos.
1.1 PREMISSAS E PROBLEMA DE PESQUISA
O problema a ser estudado está relacionado à confiabilidade dos
equipamentos do processo produtivo de um Alto Forno, cujo o número de falhas nos
equipamentos impacta diretamente a performance operacional e produtiva da planta.
Nesse contexto acredita-se que há potencial de elevação do nível de confiabilidade
do processo como um todo utilizando a metodologia do RCM, trazendo benefícios à
organização em termos de lucratividade. Dessa hipótese surge a questão principal
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norteadora desse trabalho: Como a metodologia do RCM aplicada ao processo
produtivo pode aumentar a confiabilidade de um Alto Forno?
Decorrentes desta questão principal, podemos verificar duas questões
subjacentes cujas respostas possibilitam o cumprimento do objetivo geral deste
trabalho:
• Como determinar indicadores de referência para estabelecer os
principais pontos de falha dos equipamentos?
• Com a aplicação do RCM há potencial de incremento da
confiabilidade da planta estabelecendo um novo patamar de disponibilidade
dos equipamentos.
Pretende-se, com a metodologia proposta neste estudo, contribuir para a
elevação da disponibilidade dos equipamentos de forma a responder à questão
apresentada.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral desse trabalho é avaliar a confiabilidade do conjunto de
equipamentos de um Alto Forno e propor melhorias baseadas na implantação do
Reliability Centered Maintenance (RCM), visando aumento de disponibilidade dos
mesmos. Assim sendo, propõe-se a verificação quantitativa dos níveis atuais de
confiabilidade e, através da aplicação da metodologia proposta, sugerir ações para
estabelecimento de um novo patamar, elevando o desempenho do conjunto
estudado.
1.2.2 Objetivos Específicos
• Conhecer a disponibilidade de um sistema levando em consideração os
modelos de confiabilidade e mantenabilidade de componente;
• Aplicar os conceitos de engenharia de confiabilidade na tomada de
decisão;
• Conhecer a performance atual dos equipamentos e propor ações para
aumentar os índices de disponibilidades;
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• Aumentar a confiabilidade dos equipamentos críticos permitindo alcançar
ciclos entre paradas programadas;
• Apresentar os riscos e ganhos envolvidos;
1.3 JUSTIFICATIVAS
Os equipamentos de um Alto Forno são extremamente solicitados e devem
ter alto índice de confiabilidade para não interferir de forma negativa no processo de
produção do ferro gusa, principal produto de um Alto Forno. De forma geral temos
em uma Alto Forno diversos tipos de equipamentos em diversas sub-áreas.
O acontecimento de falhas pode gerar diversos distúrbios no processo,
como redução do volume soprado para o interior do Alto Forno, arreamentos de
carga, resfriamento e paradas emergências da unidade. Todos os tipos de
ocorrências citados acima podem gerar emissões fugitivas e também oferecer risco
ao homem. Com o intuito de elevar a produção de gusa e controlar todos os
impactos negativos para o Alto Forno, se faz necessário aumentar a confiabilidade,
mantenabilidade e disponibilidade dos equipamentos.
1.4 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Os procedimentos metodológicos aplicados neste estudo são classificados
como de natureza tecnológica aplicada, com objetivo descritivo e exploratório,
abordagem quantitativa e qualitativa e procedimento com base em pesquisa e ação.
Segundo o Manual Frascati (2002), as atividades de inovação tecnológica
são o conjunto de diligências científicas, tecnológicas, organizacionais, financeiras e
comerciais, que se destinam a levar a realização de produtos e processos
tecnologicamente novos e melhores.
Segundo Gil (2008) as pesquisas descritivas têm como objetivo primordial a
descrição das características de determinada população ou fenômeno ou o
estabelecimento de relações entre variáveis. Esta tem objetivo de estudar
características de um grupo: custos, falhas por exemplo. Segundo o mesmo autor
citado acima, as pesquisas exploratórias têm como principal objetivo desenvolver,
esclarecer e modificar conceitos e ideias.
O foco da análise qualitativa será na escolha de novas tecnologias durante o
desenvolvimento do trabalho.
16
Segundo Thiollent (1985, p.14), este é um tipo de pesquisa social com base
empírica que é concebida e realizada em estreita associação com uma ação ou com
a resolução de um problema coletivo e no qual os pesquisadores e os participantes
representativos da situação ou do problema estão envolvidos do modo cooperativo
ou participativo.
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho se apresentará em 5 capítulos, sendo eles:
• Capítulo 1: Introdução e Objetivos
• Capítulo 2: Apresentação do Tema da Pesquisa
• Capítulo 3: Referencial Teórico
• Capítulo 4: Aplicação da metodologia ao processo
• Capítulo 5: Resultados e discussões
• Capítulo 6: Conclusões e recomendações
O Capítulo 1 apresenta uma breve discussão introdutória para contextualizar
o tema de pesquisa a ser desenvolvido. Neste capítulo são apresentadas as
considerações sobre o tema escolhido, as premissas e o problema de pesquisa, os
objetivos gerais e específicos do trabalho, a justificativa da pesquisa, os
procedimentos metodológicos e, finalmente, a estrutura do trabalho. Já o Capítulo 2
expõe a área de aplicação da pesquisa, cujo escopo é o conjunto de equipamentos
de um alto forno, unidade fabril da siderurgia mundial responsável pela produção do
ferro gusa, matéria prima da produção de aço.
O capítulo 3 abordará o referencial teórico referente à engenharia de
confiabilidade aplicada ao trabalho, enquanto no capítulo 4 será mostrado a
aplicação da metodologia de estudo na prática do processo.
Por fim, os capítulos 5 e 6 correspondem às discussões dos resultados obtidos no
decorrer da pesquisa, assim como as conclusões e recomendações para trabalhos
futuros respectivamente.
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2 FUNDAMENTOS DO PROCESSO SIDERÚRGICO
2.1 VISÃO GERAL DO PROCESSO SIDERÚRGICO
De acordo com o instituto aço Brasil (2019), o aço é uma liga de ferro e
carbono. O ferro é encontrado em toda crosta terrestre, fortemente associado ao
oxigênio e à sílica. O minério de ferro é um óxido de ferro, misturado com areia fina.
contendo menos de 2% de carbono e 1% de manganês e pequenas quantidades de
silício, fósforo, enxofre e oxigênio. No processo siderúrgico, utiliza-se como
combustível o carvão mineral, e em fornos de menor capacidade de produção, o
carvão vegetal. O carvão tem dupla função na fabricação do aço sendo a primeira
como combustível e a segunda como redutor, associando-se ao oxigênio que se
desprende do minério com a alta temperatura, deixando livre o ferro. Este processo
de redução se dá em um equipamento chamado alto forno. Na área da sinterização,
o minério é transformado em Sínter e após este processo é destinado ao alto forno.
Nas usinas de pelotização, o minério é transformado em pelotas e também são
destinadas ao alto forno. Na área da coqueria, o carvão mineral é transformado em
coque que é posteriormente transportado Alto Forno para ser utilizado como
principal combustível, podendo ser utilizado também o gás natural.
No alto forno é gerado como produtos finais o ferro líquido que é chamado
de ferro gusa ou ferro de primeira fusão além de impurezas como calcário e sílica
que formam a escória, utilizada na fabricação de cimento. Após a obtenção do ferro
gusa, o mesmo é transportado através de carros torpedos até a etapa seguinte do
processo chamada de refino, onde será realizada a transformação do ferro em aço
mediante queima de impurezas e adições. A área responsável por executar esta
transformação é chamada de Aciaria. O refino do aço pode ser realizado em fornos
a oxigênio ou elétricos. A última etapa de fabricação do aço é a laminação. O aço,
em processo de solidificação, é deformado mecanicamente e transformado em
produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapas
grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames, perfilados etc
Este estudo de caso está inserido na cadeia produtiva do aço, onde os Altos Fornos
entram como alimentadores de ferro gusa no processo, tendo como áreas
antecessoras basicamente Sinterização e Coqueria, e como área cliente direta, a
Aciaria.
18
Fonte: ArcelorMittal Tubarão (2016)
A Figura 1 mostra um fluxograma da cadeia produtiva deste complexo siderúrgico
onde este trabalho está inserido, ampliando a ideia dos diversos processos
complementares que dão origem ao produto final tratado.
2.2 PROCESSO DO FORNO
Os Altos Fornos são reatores metalúrgicos de contracorrente com objetivo de
promover a redução de minérios ferrosos colocando em contato óxidos de ferro com
um elemento redutor, que será o gás CO, H2 ou carbono. (ABM, 1994)
No Alto Forno, Figura 1, através do carregamento de matérias primas, basicamente
minério de ferro e carvão, ocorre à redução direta do minério de ferro com o carbono
do carvão, tendo como produto final o ferro gusa, com faixas acima de 4,5% de C.
Conforme ilustrado na Figura 1 a carga metálica constituída por minério
grosso, sínter e pelota, é carregada na parte superior do forno de forma intercalada
com o combustível em estado sólido. Esse combustível é o coque siderúrgico ou
carvão vegetal, responsável pelo processo de redução do ferro, que ocorre com o
sopro de ar quente na parte inferior do forno. A maioria dos Altos–Fornos atuais
Figura 1 – Fluxograma de Produção da ArcelorMittal Tubarão Fase 7,5 Mt/ano.
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utiliza injeção auxiliar de combustíveis tais como carvão pulverizado e gás natural. A
queima do coque gera gases redutores em altas temperaturas. Esses gases
ascendentes em contato com a carga de minérios descendentes reagem, causando
redução e fusão do minério, dando origem ao ferro gusa, que é o principal produto
do Alto-Forno, e à escória. Ambos são produzidos em estado líquido em
temperaturas entre 1450 e 1520°C.
Neste complexo processo, é necessário injetar ar soprado pelas ventaneiras do Alto
Forno, este ar é alimentado por sopradores que fornecem ar frio a aproximadamente
150ºC vindo das Centrais Termoelétricas (CTE’s) e quando chega ao Alto Forno
passam pelos Regeneradores, que são equipamentos providos de refratários com
reserva térmica temporária para elevar a temperatura de ar soprado para até
1400ºC, dependendo do processo. (KAWASSAKI STEEL, 1982)
Neste caso a temperatura de sopro está na ordem de 1250ºC, com vazões que
podem chegar a 7500 Nm³/h e 4 kgf/cm² de pressão. Este fluxo de ar quente passa
por válvulas gavetas de grande porte chamada de Válvula de Ar Quente (V.A.Q),
com sedes e discos de cobre eletrolítico com alta pureza, na ordem de 99,8% de Cu,
refrigerados com água desmineralizada para conservação dos componentes
mecânicos citados. (KAWASSAKI STEEL, 1982)
20
Fonte –ArcelorMittal Tubarão (2016)
Segundo Geerdes et al. (2007) o alto forno trata-se de uma estrutura de
forma cônica, distribuída em zonas conforme a Figura 2. Além disso, de forma geral,
a organização geral da planta de uma usina siderúrgica pode ser vista na Figura 3.
Figura 2 - Zonas Internas de um Alto Forno
21
Fonte – ArcelorMittal Tubarão (2016)
2.3 PRINCIPAIS ÁREAS DE UM ALTO FORNO
2.3.1 Carregamento
Segundo Satyendra (2016), para produzir ferro gusa, um alto forno precisa
ser alimentado por matérias-primas como o sínter, minério, pelota e fundentes e por
combustíveis como o coque, carvão pulverizado e gás natural. Todas estas
matérias-primas exceto o carvão pulverizado e o gás natural que são injetados no
forno através das ventaneiras são manuseadas na área do carregamento do alto
forno. A área de carregamento consiste em dois sistemas sendo eles o de
estocagem e o de transferência da matéria-prima até o topo do forno. O objetivo da
área do carregamento é garantir que a matéria-prima seja entregue no interior do
forno de forma controlada com quantidade, granulometria e umidade adequada de
acordo com a receita elaborada pela operação.
A configuração da área do carregamento mais utilizada nas usinas
siderúrgicas atuais é composta por silos de estocagem que recebem os diferentes
materiais através de transportadores de correia, sistemas de alimentadores
Figura 3 - Composição da planta
22
vibratórios e peneiras individuais por silos, balanças para pesagem do material e
sistema de retorno de finos utilizando transportadores de correia. Geralmente esta
configuração é utilizada quando o transporte da matéria prima até o topo do forno é
realizado através de um transportador de correia principal. A Figura 4 mostra um
esquema básico de uma área de carregamento de um alto forno, contendo todos os
principais equipamentos explicitados anteriormente.
Fonte: ArcelorMittal, 2015
Figura 4 – Sistema de carregamento do alto forno
23
2.3.2 Topo do Alto Forno
A distribuição de carga metálica ou de coque no interior do alto forno é
realizada pelos equipamentos que compõem o topo e deve ser realizada de forma
radial, utilizando granulometria correta dos materiais a fim de favorecer o
escoamento gasoso e assim garantir uma boa permeabilidade. Para que as trocas
térmicas e as reações de redução da carga sejam eficientes, é necessário que a
distribuição de carga seja realizada de forma correta.
Basicamente as usinas siderúrgicas utilizam dois tipos de sistemas de
distribuição de carga no interior dos fornos. Esses sistemas são o topo duplo cone e
o topo sem cone. Devido maior flexibilidade, desempenho e confiabilidade, a calha
rotativa do topo sem cone é a mais utilizada nos altos fornos modernos. Este
sistema permite descarregar a carga em qualquer região na direção radial, pois,
além do movimento rotativo, esta tem movimento angular em relação ao eixo central
do forno.
Para um fluxo gasoso central, é necessário que a carga de coque seja
direcionada no centro do forno e para um fluxo gasoso menos centralizado é
necessário que direcione a carga de coque nos periféricos do forno, como no caso
de remoção de cascão agregado na parede (MOURÃO et al., 2007).
De acordo com Satyendra (2013), os principais componentes do sistema de
descarga de material no interior do alto forno são: equipamento de distribuição de
material para tremonhas (tilt rocker, carro distribuidor, calha rotativa), tremonhas de
recebimento de material equipadas com válvulas de selagem e controle de material,
central feeding spout, calha rotativa com flexibilidade de giro e inclinação, sistemas
hidráulicos, sistemas de lubrificação, sistemas de refrigeração e sistema de controle.
Durante operação do alto forno, o transportador de correia leva os materiais
até o equipamento de distribuição que descarrega em uma tremonha que depois de
cheia de material, é pressurizada a uma pressão superior a pressão interna do alto
forno.
Após pressurização da tremonha, a válvula de selagem inferior e a válvula
de controle de material abrem, permitindo a passagem do material até a calha
rotativa que por sua vez descarrega o material no interior do alto forno. A descarga
nas tremonhas é realizada de forma alternada, pois enquanto uma está sendo
carregada a outra está descarregando material.
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A Figura 5 representa um sistema básico com os equipamentos do topo de
um alto forno.
Figura 5 – Sistema de topo do alto forno
Fonte: ArcelorMittal, 2019
Além disso, deve-se ressaltar que cada planta tem sua particularidade.
Sendo assim, existem diversas formas para divisão das áreas de um alto forno. Em
alguns casos há uma subdivisão no topo, segmentando em topo e corpo do forno,
ou forno próprio.
25
2.3.3 Casa de Corrida
Segundo Geerdes et al., (2007) uma boa operação da casa de corrida é
extremamente importante para o alto forno e para tal é necessário que a remoção do
ferro e escória liquida do interior do forno seja realizada a uma taxa que não permita
que o nível do metal liquido dentro do cadinho se eleve, que seja realizado uma boa
separação entre ferro e escória, que ocorra um bom direcionamento do ferro liquido
para o carro torpedo e o direcionamento da escória liquida para o sistema de
granulação.
Os produtos finais da produção do alto forno são o ferro gusa e escória
líquida. As densidades dos dois líquidos são diferentes, a do ferro são 7.2 t/m³
enquanto a da escória é 2.4 t/m³ proporcionando uma boa separação de líquidos no
canal. A retirada regular destes líquidos do cadinho é realizada através dos furos de
gusa.
O número de furos de gusa depende do tamanho e capacidade do forno. A
maioria dos altos fornos no mundo possuem 2 ou 4 furos de gusa. Em uma
operação normal, o furo de gusa é aberto alternadamente, uma vez em uma casa de
corrida e na vez subsequente na outra casa de corrida. Os equipamentos
responsáveis pela abertura e fechamento dos furos de gusa são as máquinas de
perfuração e o canhão de lama, respectivamente.
De acordo com Satyendra (2014), as máquinas de perfuração devem
combinar a máxima flexibilidade com o alto desempenho dos martelos e brocas de
perfuração, garantindo a abertura do furo de gusa de forma efetiva. A broca deve ser
suficientemente poderosa e rígida capaz de perfurar com precisão. Segundo o
mesmo autor, o fechamento do furo de gusa em qualquer situação operacional é
requisito para um bom desempenho operacional. A Figura 6 mostra os
equipamentos principais utilizados para o procedimento de perfuração do furo de
gusa.
26
Fonte: ArcelorMittal, 2019
O equipamento responsável pelo tamponamento do furo de gusa é chamado
canhão de lama. Ele tem a função de injetar massa refratária no furo de gusa a uma
pressão superior a pressão do alto forno. Ambos os equipamentos podem ser
operados remotamente, sendo possível serem paralisados em qualquer ponto
desejado pelo operador.
A Figura 7 mostra a operação de tamponamento realizado pelo canhão de
lama.
Figura 6 – Equipamento para perfuração
27
Fonte: Animação Flash Gerdau Aço Minas, 2006
2.3.4 Sistema de refrigeração da carcaça (Staves)
Os “Stave Cooler” são peças fundidas de ferro ou cobre instaladas nas paredes dos
Altos Fornos, entre a carcaça e o revestimento refratário, contendo canais ou
tubulações internas, também fundidos, por onde será circulada a água responsável
pela refrigeração do forno, representado na Figura 8.
Fonte: VELLOSO (2001)
Figura 7 - Processo de furo
Figura 8 – Desenho esquemático do Sistema de “Stave Cooler”
28
Deve-se destacar que a circulação de água nos “stave cooler” é sempre feita
alternando-se de “stave” para “stave” para garantir uma maior segurança ao sistema,
pois caso ocorra algum furo ou rompimento, em algum tubo, será possível isolar
apenas ele, de tal forma que, não se perca todo o conjunto do “stave”. A
representação do sistema de stave geral de um Alto Forno pode ser vista na Figura
9.
Fonte: Animação Flash Gerdau Aço Minas, 2006
Figura 9 – Sistema de refrigeração “Stave Cooler” de um alto forno
29
2.3.5 Regeneradores
Segundo Mourão et al., (2007) os regeneradores são grandes trocadores de
calor e tem como função aquecer o ar que é injetado nas ventaneiras. Estes
equipamentos recebem o ar frio a uma temperatura entre 150 °C a 200 °C
proveniente de turbos sopradores e o eleva a uma temperatura entre 1000 °C e
1250 °C. A Figura 10 mostra a representação esquemática do sistema de
regeneradores.
Figura 10 – Sistema dos regeneradores
Fonte: Animação Flash Gerdau Aço Minas, 2006
O gás misto composto de uma mistura de 88% a 95% de gás proveniente do
próprio alto forno (BFG) e de 5% a 12% de gás de coqueria (COG) é o combustível
utilizado para se obter o aquecimento dos regeneradores. Para a realização da
queima destes combustíveis, ventoinhas suprem a câmara de combustão com ar da
atmosfera na concentração adequada. Na câmara de combustão é realizada a
queima total do gás misto, e esta tem altura e diâmetro suficiente para evitar o
impacto da chama no domo.
O domo é a parte superior do regenerador e sua função é inverter em 180° o
sentido dos gases queimados e distribui-los para o empilhamento de tijolos
refratários que tem como função absorver o calor. Na etapa de sopro do
30
regenerador, o sentido do ar quente é inverso. Os altos fornos geralmente utilizam
conjunto de três a quatro regeneradores. A Figura 11 mostra a representação do
sistema de entrada e saída de ar a partir das válvulas dos regeneradores. Os
regeneradores operam em ciclos, ou seja, enquanto um regenerador está em fase
de combustão, os outros estão em fase de sopro. O próximo item explicará como
ocorre a lavagem dos gases gerados no processo de produção de ferro gusa. A área
responsável por este processo é chamada de Limpeza de Gás.
Fonte: ArcelorMittal, 2019
Figura 11 - Representação sistemática dos regeneradores
31
2.3.6 Sistema de Limpeza de Gás
De acordo com Satyendra (2016), durante o processo de produção de ferro
gusa é gerado um gás no topo do alto forno, um subproduto de grande importância
em todo o processo, sendo utilizado no aquecimento dos regeneradores ou suprindo
outras áreas da usina. Este gás se apresenta a uma pressão e temperatura similares
as do topo do alto forno e são contaminados com partículas de pó e água. Desta
maneira, é necessário que o mesmo seja passado por um processo de limpeza com
objetivo de reduzir a concentração de partículas de pó.
Um sistema típico de limpeza de gás é constituído por um coletor de pó
(Balão de Pó ou Ciclone), geralmente dois estágios de lavadores de gás (Venturis
Scrubbers), válvulas de controle de pressão do topo do alto forno (Septum Valves),
turbina a gás geradora de energia elétrica, e um desumidificador (separador de
neblina). A Figura 12 representa um sistema típico de lavagem de gás.
Fonte: ArcelorMittal, 2019
No topo do alto forno estão localizadas tubulações chamadas de up takes,
que são responsáveis por direcionar o gás gerado no interior do forno para uma
tubulação principal de gás chamada de Downcommer, que é a responsável por
direcionar o gás do topo do forno para o coletor de pó.
Figura 12 – Sistema típico de lavagem de gás
32
No coletor de pó as partículas mais grosseiras contidas no gás se depositam
no fundo e são descarregadas em um poço através de válvulas de descarga.
Posteriormente o gás é direcionado através de uma tubulação até o primeiro estágio
de lavagem do gás. Nesta etapa o gás é lavado no venturi scrubber a partir da
introdução de água nos bicos injetores e as partículas mais finas são retiradas deste
equipamento em forma de lama.
Em seguida o gás é direcionado através de uma tubulação para o segundo
estágio de lavagem, onde novamente ocorre a lavagem através de bicos injetores.
Após esta etapa em operação normal, o gás é direcionado até a turbina para que a
mesma gere energia elétrica que abastece toda a usina.
2.3.7 Sistema de moagem e injeção de carvão
Também conhecido como PCI (Pulverizing coal injection), o sistema é uma planta de
moagem e injeção de carvão mineral para o alto forno em substituição ao coque
para reduzir custo de produção do gusa.
São comprados cerca de 14 tipos de carvão diferentes para compor o mix de carvão
que será utilizado nas moagens, observando a taxa de substituição, enxofre,
percentual de cinzas e HGI (dureza do carvão). são feitas as pilhas de carvão no
pátio de forma a abastecer os silos de dosagem que irão jogar o mix pronto nas
correias que abastecem as moagens.
O mix de carvão é armazenado em um silo de carvão bruto que é controlado através
do nível o reabastecimento. A dosagem do carvão para o moinho se dá através do
transportador de arraste de carvão no qual é possível alterar a velocidade que o
transportador irá abastecer o moinho. o transportador de arraste joga o carvão em
um "chute" de transferência para o transportador helicoidal, que em velocidade
constante joga o material em cima da mesa do moinho. O moinho trabalha com rolos
movidos, ou seja, os rolos não são acionados, a mesa do moinho gira fazendo o
material passar por baixo dos rolos moendo o carvão. O ventilador principal faz
circular os gases no circuito passando pelo gerador de gás quente para além de
transportar o pó de carvão até o silo de finos seca esse carvão.
Ao entrar no moinho, o gás passa ao redor da mesa levando o material moído ao
sistema de classificação e caso a partícula ainda não esteja com sua dimensão
aceitável, a mesma volta para a mesa para moer novamente até estar do tamanho
ideal. Após passar pelo classificador a partícula é transportada até o filtro de mangas
33
que irá reter o carvão pulverizado e deixar passar apenas o gás para recircular no
circuito.
O filtro de mangas através de jatos pulsantes, faz com que o material caia em um
transportador de arraste de finos e esse transportador joga o material em uma
válvula rotativa e essa por sua vez, joga em uma peneira onde serão retiradas as
impurezas residuais do carvão antes de armazenar no silo de finos.
A planta é representada na Figura 13.
Fonte: Animação Flash Gerdau Aço Minas, 2006
O material armazenado no silo de finos é descarregado nos vasos de injeção para
transportar pneumaticamente os finos de carvão até as ventaneiras. O transporte é
em fase densa em duas rotas par e ímpar onde um distribuidor irá dividir esse
carvão igualmente de acordo com o número de ventaneiras do Alto Forno. Após
igualmente distribuído, o carvão irá para as ventaneiras onde irá contrubuir para a
redução do material dentro do Alto Forno, conforme a Figura 14.
Figura 13 – Planta de moagem e injeção
34
Fonte: Animação Flash Gerdau Aço Minas, 2006
Figura 14 – Injeção de carvão
35
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 MANUTENÇÃO
De acordo com Monchy (1987) o termo manutenção surgiu no vocabulário militar,
tendo como princípio manter nas unidades de combate, o efetivo e o material
necessário em um nível constante.
A palavra manutenção é definida por um conjunto de ações na empresa, sejam elas
técnicas ou administrativas da supervisão com o intuito de manter o desempenho de
um item para qual ele foi projetado. Este item pode ser qualquer parte de um
sistema, componente ou unidade funcional.
De acordo com Moubray (2000) o termo manutenção no meio industrial começou a
ser utilizado com a chegada da Revolução Industrial no século XVIII, na qual
surgiram os meios de produção industrial. Não existia controle de qualidade para os
produtos produzidos e a manutenção era muito precária, quase sempre corretiva,
isso devido à falta de técnicas de diagnóstico e de prevenção da falha. Não existia
manutenção sistematizada e consequentemente não requeria de mão de obra
especializada para execução das atividades. Além disso, define que a manutenção
evoluiu significativamente nos últimos vinte e sete anos, tal evolução maior que
talvez, qualquer outra disciplina de gerenciamento. Isto se deve ao aumento das
instalações de plantas produtivas e demanda de produtos com qualidade. Com o
aumento da complexibilidade dos equipamentos, a manutenção reage cada vez
mais para inibir ou prever as falhas, fortalecendo a conscientização do quanto uma
falha pode afetar a qualidade de um produto impactando na confiabilidade.
Pinto e Xavier (2001) define que a manutenção passou a ser dividida em três
gerações distintas a partir dos anos trinta.
A Figura 15 e Tabela 1 mostram a evolução das técnicas de manutenção em cada
geração a partir da década de 1930.
36
Figura 15 - Evolução da Manutenção
Geração
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Manutenção Confiabilidade
Gera
çã
o 1
Gera
çã
o 2
Gera
çã
o 3
Manutenção Corretiva
Manutenção Preventiva
Manutenção Preditiva
Manutenção Produtiva
Fonte: Siqueira (2005)
De acordo com Pinto e Xavier (2001) a primeira geração abrange o período anterior
à segunda guerra mundial, período marcado por equipamentos de pouca tecnologia
e mecanização, consequentemente equipamentos simples e robustos. Predominava
nesta geração a manutenção corretiva, realizando apenas serviços de lubrificação,
limpeza e reparos após a quebra. A segunda geração está englobada entre a
segunda guerra mundial até os anos 60, quando ocorreu um aumento da demanda
de muitos produtos industrializados, porém devido à guerra houve uma redução no
contingente de mão-de-obra, forçando a mecanização das máquinas e aumento da
complexibilidade das instalações industriais.
Ainda de acordo com Pinto e Xavier (2001) ocorreu o surgimento das gerações
devido à necessidade de maior disponibilidade e confiabilidade das maquinas,
visando o aumento da produção. Com uma dependência das máquinas iniciou-se as
análises das falhas, surgindo então na década de 60 a intervenção para manutenção
determinada por tempos, chamada de manutenção preventiva. Além disso, definem
que a terceira geração esta caracterizada a partir da década de 70 quando ocorreu a
aceleração de mudanças nas indústrias. Neste período ocorreu o crescimento da
mecanização e consequentemente o crescimento da automação das máquinas,
aumentando assim a confiabilidade e a disponibilidade das máquinas. Porém com o
37
aumento da mecanização e da automação, ocorreu um aumento da frequência das
falhas, afetando assim os padrões de qualidade estabelecidos.
Conforme Nunes (2001), o surgimento de novas técnicas na terceira geração era
suportado por computadores de grande porte, surgindo neste período sistemas de
planejamento e controle da manutenção, visando melhorar e controlar as ações
tomadas de manutenção. Nesta geração ocorreu o aperfeiçoamento das técnicas
desenvolvidas na segunda geração e o aumento da importância da manutenção.
Também foi criada na terceira fase a manutenção preditiva, auxiliada por técnicas de
monitoramento sensitivo e instrumentos de medição.
38
Tabela 1 - Evolução da Manutenção
Fonte: Pinto e Xavier (2001)
1970 1980 1990 2000
> Conserto após a
falha
2010
Terceira Geração Quarta Geração
EVOLUÇÃO DA MANUTENÇÃO
1940 1950 1960
Primeira Geração Segunda Geração
Ano
Au
men
to d
as
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pecta
tiv
as
em
rela
çã
o à
Ma
nu
ten
çã
o
Vis
ão
qu
an
to a
fa
lha
do
eq
uip
am
en
to
> Todos os
equipamentos se
desgastam com a idade
e, por isso, falham
> Todos os
equipamentos se
comportam de acordo
com a curva da banheira
> Maior confiabilidade
> Maior disponibilidade
> Prevenção do Meio ambiente
> Segurança
> Influir nos resultados do
negócio
> Gerenciar os ativos
> Maior confiabilidade
> Maior disponibilidade
> Melhor relação custo-
benefício
> Preservação do meio
ambiente
> Disponibilidade
crescente
> Maior vida útil do
equipamento
> Planejamento manual
da manutenção
> Computadores grandes
e lentos
> Manutenção
Preventiva (por tempo)
> Habilidades voltadas
para o reparo
Mu
da
nça
na
s té
cn
ica
s d
e M
an
ute
nçã
o
> Existência de 6 padrões de
falhas (Nowlan & Heap e
Moubray)
> Reduzir drasticamente falhas
prematuras dos padrões A e F.
(Nowlan & Heap e Moubray)
> Aumento da Manutenção
Preditiva e Monitoramento da
Condição
> Minimização nas
Manutenções Preventiva e
Corretiva não Planejada
> Análise de Falhas
> Técnicas de confiabilidade
> Manutenabilidade
> Engenharia de Manutenção
> Projetos voltados para
confiabilidade,
manutenabilidade e Custo do
Ciclo de Vida
> Contratação por resultados
> Monitoramento da
condição
> Manutenção Preditiva
> Análise de risco
> Computadores pequenos
e rápidos
> Softwares potentes
> Grupos de trabalho
multidisciplinares
> Projetos voltados para
confiabilidade
> Contratação por mão de
obra e serviços
39
3.1.1 Manutenção Corretiva
Existem duas vertentes de manutenção corretiva, a planejada e a não planejada. A
manutenção corretiva é definida como a intervenção no equipamento para correção
da falha ou do desempenho abaixo do esperado. Então a manutenção corretiva não
é a intervenção realizada somente em emergência. (Pinto e Xavier, 2001)
A manutenção corretiva pode corrigir ou restaurar as condições de funcionamento
de um equipamento ou sistema, desta forma a manutenção corretiva não planejada
é definida como a correção da falha de maneira aleatória. E a manutenção corretiva
planejada e definida como a intervenção para correção do desempenho abaixo do
esperado, que por decisão gerencial poderá acontecer para correção de um baixo
desempenho relatado por um acompanhamento preditivo ou pela decisão de operar
até quebrar. (Pinto e Xavier , 2001)
3.1.2 Manutenção Preventiva
A manutenção preventiva tem como objetivo reduzir ou evitar a falha ou queda de
desempenho do equipamento ou processo obedecendo a um plano de manutenção
previamente elaborado com base em intervalos de tempo definidos. Ao contrário da
manutenção corretiva, a manutenção preventiva busca evitar a ocorrência de falhas,
seu foco é a prevenção. (Pinto e Xavier, 2001)
Segundo Pinto e Xavier (2001) como a manutenção preventiva é executada com
base em tempo e não por condição, alguns pontos importantes precisam ser
destacados:
• A falha pode ocorrer antes de completar o ciclo inicial proposto para
manutenção;
• Aberturas prematuras de equipamentos para manutenção ocorrerão no
início do ciclo operacional;
• A preventiva deve ser realizada onde a preditiva não se aplica;
• Em alguns casos onde envolve segurança de pessoas e da instalação,
riscos ao meio ambiente, a preventiva obrigatoriamente será realizada;
• Onde a disponibilidade operacional não permite a intervenção com
facilidade a preventiva também é realizada;
• A manutenção preventiva pode inserir defeitos no equipamento devido
falha humana, falha de sobressalentes, contaminações de óleo, danos
40
durante a partida e parada, e ou falhas dos procedimentos de
manutenção.
3.1.3 Manutenção Preditiva
A manutenção preditiva comumente chamada de manutenção sob condição é
definida como a intervenção realizada com base em parâmetros de condição ou
desempenho onde um acompanhamento sistemático é realizado com objetivo de
identificar estabilidade ou modificações nos parâmetros de funcionamento do
equipamento ou processo. Quanto mais confiável for a técnica de acompanhamento
das instalações, equipamentos e sistemas operacionais em funcionamento com
objetivo de prevenir falhas, mais a preditiva é utilizada com potencial de permitir a
operação do equipamento pelo maior tempo possível. (Pinto e Xavier, 2001)
Conforme Pinto e Xavier (2001), alguns pontos devem ser observados para que seja
adotada a técnica de manutenção preditiva:
• O equipamento deve permitir algum tipo de monitoramento;
• A relação custo versus benefício deve ser favorável;
• As falhas devem possibilitar o monitoramento de acordo com o aumento
da gravidade em um intervalo de tempo que permita o acompanhamento;
• Um programa de acompanhamento, análise e diagnóstico sistematizado
devem ser implantados.
3.1.4 Mantenabilidade e disponibilidade
Segundo Lafraia (2011) a manutenção está presente na maioria dos sistemas,
necessitando de manutenções e reparos quando ocorre a falha. A mantenabilidade é
definida através da facilidade na execução das atividades de reparos e
manutenções.
De acordo com a NBR 5462 a mantenabilidade é a facilidade de manter ou colocar
um item em condições de uso conforme especificações de projeto, executando a
manutenção sob condições estabelecidas e com uso de procedimentos
normalizados.
Paiva (2003) define mantenabilidade como uma ferramenta importante para auxiliar
no gerenciamento da confiabilidade, uma vez que sistemas ou equipamentos são
reparados após a ocorrência de uma falha. A mantenabilidade pode ser medida
através de aspectos corretivos por tempo médio de reparos (Mean time to repair -
41
MTTR). O tempo de reparo é definido pelos resultados de três atividades conforme
definido abaixo:
- Tempo de preparação para reparar uma falha.
- Tempo ativo de na execução da manutenção.
- Tempo de logística como entrega de sobressalentes e mobilização de recursos.
Lafraia (2011) define que do ponto de vista matemático, a mantenabilidade é a
probabilidade de o equipamento ser liberado para operação sob as condições
exigidas no projeto e dentro de um determinado tempo, com a execução da
manutenção dentro dos procedimentos prescritos. A ação de manutenção pode ser
de forma preditiva, preventiva ou corretiva.
A Tabela 2 mostra o custo em cada situação de manutenção, onde a preditiva
possui custo bem inferior às demais.
Tabela 2 - Custo por tipo de manutenção
Fonte: Pinto e Xavier (2001)
A disponibilidade é definida por Lafraia (2011) como a probabilidade de um sistema
estar disponível, em condição de operação no instante t. A NBR 5462 define
disponibilidade como a capacidade de um item estar em condições de executar certa
função em um dado instante ou durante um intervalo de tempo determinado,
levando-se em conta os aspectos combinados de sua confiabilidade,
mantenabilidade e suporte de manutenção, supondo que os recursos externos
requeridos estejam assegurados.
Tipo de Manutenção Custo US$/HP/ano
Corretiva Não Planejada 17 a 18
Preventiva 11 a 13
Preditiva e Monitoramento de
Condição/Corretiva Planejada 7 a 9
42
3.2 RCM (RELIABILITY CENTERED MAINTENANCE)
De acordo com Siqueira (2005) o conceito fundamental e objetivo da manutenção
centrada na confiabilidade, MCC ou RCM, é realizar a manutenção mais propícia a
evitar cada modo de falha. Já Lafraia (2011) cita como principal objetivo da MCC de
garantir que um equipamento continue a exercer suas funções desejadas. Ambos os
autores indicam como caminho para identificar modos de falhas e garantir o
funcionamento do equipamento uma metodologia chamada Análise de Modos de
Falhas e Efeitos (FMEA) que possibilita a padronização da análise para
identificarmos de que forma ocorre a falha, o que causa cada falha, o que acontece
quando ocorre a falha e o que deve ser feito para preveni-la. Além disso, no enfoque
tradicional da manutenção todas as falhas são ruins e, portanto, todas devem ser
prevenidas. Esta filosofia não condiz com a realidade devido ser impossível
tecnicamente evitar-se todas as falhas e ainda que fosse possível os recursos
financeiros não seriam suficientes.
Na MCC queremos alcançar o melhor que o equipamento possa oferecer para o
sistema dentro do que ele foi concebido, assegurando-se que continue a cumprir
suas funções no sistema. O foco é determinar o que deve ser feito para preservar a
função do sistema ao invés de tão somente manter o equipamento.
A Tabela 3 faz uma comparação entre a manutenção tradicional e a manutenção
sobre a ótica da MCC.
43
Tabela 3 - Comparação da Manutenção Tradicional com a MCC
Fonte: Siqueira (2005)
Moubray (1996) defende que a estrutura para a implantação do RCM deve ser
fundamentada em função de sete questões básicas:
• Quais são as funções e os padrões de desempenho do item no seu
contexto operacional atual?
• De que forma ele falha em cumprir suas funções?
• O que causa cada falha operacional?
• O que acontece quando ocorre cada falha?
• De que forma cada falha tem importância?
• O que pode ser feito para prevenir cada falha?
• O que deve ser feito, se não for encontrada uma tarefa preventiva
apropriada?
3.3 PLANOS DE MANUTENÇÃO
Segundo Xenos (1998) um plano de manutenção é constituído de um conjunto de
ações preventivas e de datas para a sua execução. Pode ser definido também por
um calendário de ações preventivas. Um bom plano de manutenção apresenta a
coleção de todas as ações preventivas que devem ser tomadas para evitar as falhas
e garantir o bom funcionamento dos equipamentos. Quanto melhor for o
conhecimento das necessidades de manutenção preventiva, melhor será o conteúdo
do plano. A elaboração dos planos de manutenção se torna simples quando as
ações preventivas de reforma ou troca que os equipamentos exigem e seus
respectivos intervalos já são pré-estabelecidos. A princípio estas ações devem estar
CARACTERISTICA MANUTENÇÃO TRADICIONAL
MCC
Foco Equipamento Função
Objetivo Manter o equipamento Preservar a função
Atuação Componente Sistema
Atividades O que pode ser feito O que deve ser feito
Dados Pouca ênfase Muita ênfase
Documentação Reduzida Obrigatória e Sistemática
Metodologia Empírica Estruturada
Combate Deterioração do equipamento Consequências das falhas
Normalização Não Sim
Priorização Inexistente Por função
44
registradas no padrão de manutenção do equipamento em questão, e devem conter
instruções detalhadas sobre o que inspecionar, reformar ou trocar, com que
frequência e o por que e como estas tarefas devem ser executadas.
O cumprimento do plano de manutenção é indispensável na redução de falhas em
equipamentos, sendo assim um instrumento muito utilizado por equipes de
manutenção nas grandes indústrias.
A seguir será desenvolvido todo o embasamento teórico sobre o FMEA - Failure
Mode and Effects Analysis, ferramenta utilizada em conjunto com a metodologia
RCM abordada no presente estudo.
3.4 FMEA - ANÁLISE DE MODOS DE FALHA E EFEITOS
A técnica do FMEA – Failure Mode and Effects Analysis nasceu na indústria
aeronáutica na década de 1960 com objetivo de analisar a segurança de aeronaves.
Desde então, esta técnica vem sendo utilizada em vários seguimentos da indústria
(VILLEMEUR, 1992).
Segundo Palady (1997) o FMEA é uma das técnicas de baixo risco mais eficientes
para a prevenção de problemas e identificação das soluções mais eficazes em
termos de custos, a fim de prevenir esses problemas. Como procedimento, o FMEA
oferece uma abordagem estruturada para avaliação, condução e atualização do
desenvolvimento de projetos e processos em todas as disciplinas da organização.
Palady (1997) ainda aborda que esta técnica oferece três funções diferentes: é uma
ferramenta para prognóstico de problemas; é um procedimento para
desenvolvimento e execução de projetos, processos ou serviços, novos ou
revisados; é o diário do projeto, processo ou serviço.
Segundo Helman & Andrey (1995) a partir da detecção de pontos problemáticos,
relacionando as falhas nos elementos do subsistema com suas consequências no
sistema como um todo, o FMEA vem com o objetivo de realizar melhorias nos
sistemas, e é aplicável nas seguintes situações:
• Melhoria de um produto já existente ou processo já em operação, a
partir da identificação das causas das falhas ocorridas e seu posterior
bloqueio;
45
• Detecção e bloqueio de causas de falhas potenciais (antes que
aconteçam) em produtos ou processos já em operação ou ainda na fase de
projeto.
Segundo Palady (1997), a FMEA pode ser caracterizada em dois tipos
• FMEA de projeto - (DFMEA – Design Failure Modes and Effects
Analysis);
• FMEA de processo - (PFMEA – Process Failure Modes and Effects
Analysis).
A grande diferença entre estes dois tipos de FMEA está nos objetivos. Cada um
deles tem objetivos bem diferentes, que podem ser identificados através das
seguintes perguntas:
• Como esse projeto/processo, pode deixar de fazer e o que deve fazer?
• O que devemos fazer para prevenir essas falhas potenciais de
projeto/processo?
Percebe-se que na FMEA o sequenciamento da análise é de forma down-top, pois
objetiva determinar os modos de falha dos componentes mais simples, as suas
causas e de que forma elas afetam os níveis superiores do sistema.
Segundo Palady (1997) a lista a seguir resume alguns benefícios do
desenvolvimento e manutenção de FMEA´s eficazes:
• Economiza nos custos e tempo de desenvolvimento;
• Serve como guia para o planejamento de testes mais eficazes;
• Ajuda a desenvolver sistemas eficazes de manutenção preventiva;
• Fornece ideias para testes incorporados ao projeto;
• Reduz eventos não previstos durante o planejamento de um processo;
• Fornece uma referência rápida para resolução de problemas;
• Reduz mudanças de engenharia;
• Aumenta a satisfação do cliente;
• Serve como chave para acompanhar o projeto e atualizá-lo em toda a
organização;
• Reduz controles de custo desnecessários no processo;
• Identifica as preocupações de segurança a serem abordadas;
• Fornece ideias para o Projeto Robusto, contra os hábitos do cliente;
• Salvaguarda a repetição dos mesmos erros no futuro
46
• Captura e mantém o conhecimento do produto e do processo na
organização
• Na visão contrária aos benefícios, Palady (1997) ressalta também
obstáculos e aplicações ineficazes mais comuns do FMEA que são:
• O FMEA não é projetado para substituir o trabalho do engenheiro;
• Nem todos os modos de falha concebíveis devem ser avaliada no
FMEA;
• O FMEA não é ferramenta para seleção do conceito de projeto ideal;
• O FMEA, como todas as ferramentas, possuiu limitações.
• As escalas de severidade, ocorrência e detecção devem ser ajustadas
a fim de refletir os produtos e processos da organização;
• Se você não tem certeza do valor que deve atribuir a uma dessas
escalas não atribua o valor mais;
• O RPN, Grau de Prioridade de Risco, pode causar confusão;
• A aplicação do princípio de Pareto ao RPN não é uma aplicação eficaz
do princípio de Pareto;
• Um RPN muito reduzido pode justificar ações corretivas;
• A maioria dos FMEAs não deveria ser desenvolvido em uma reunião;
3.4.1 Confiabilidade
Segundo Lafraia (2011) confiabilidade é a probabilidade com que um componente,
equipamento ou sistema exercerá sua função sem falhas, por um período de tempo
previsto, sob condições de operação especificadas.
A ABNT através da NBR 5462 define confiabilidade como a probabilidade de que um
item possa desempenhar sua função requerida, por um intervalo de tempo
estabelecido, sob condições definidas de uso.
Pinto e Xavier (2001) com base na NBR 5462 caracterizam melhor os quatros
conceitos importantes que estão inseridos na definição de confiabilidade, são eles:
a) Probabilidade: é a razão entre o número de casos favoráveis sobre o número de
casos possíveis, associado a um intervalo de tempo t.
b) Função requerida: é o mesmo que realizar o serviço esperado, ou atender o
desempenho esperado. Existe um patamar de admissibilidade abaixo do qual a
função não é mais satisfatória.
47
c) Condições definidas de uso: são as condições gerais na qual o equipamento está
em operação, sendo o ambiente instalado, grau de agressividade, solicitações
físicas, mecânicas e químicas. Equipamentos iguais sob condições de uso
diferentes apresentam confiabilidade diferente.
d) Intervalo de tempo: é o período de tempo definido e medido. A confiabilidade de
um equipamento para um intervalo de tempo será diferente para um
equipamento com intervalo de tempo medido devido à probabilidade variar
com o tempo.
Lafraia (2011) expõe que ainda hoje a confiabilidade é encarada por muitos como
um tópico separado da qualidade, porém, o termo “qualidade do produto” engloba
todos os desempenhos e características do meio incluindo a confiabilidade.
3.4.2 Ferramentas Matemáticas
Lafraia (2011) conceitua as funções abaixo como:
a) Funções de Confiabilidade e Risco:
A função densidade de falhas (f(t)), representa a variação de probabilidade de falhas
por unidade de tempo. É representada graficamente por uma função, distribuição de
probabilidade. Matematicamente é expressa pela equação (1):
(1)
Nesta fórmula, F(t) é a função acumulada de falhas. Mostra a probabilidade de falha
entre um período de tempo t1 e t2. É representada graficamente por uma função de
distribuição de densidade acumulada. Matematicamente é expressa pela equação
(2):
(2)
Em confiabilidade, a preocupação é com a probabilidade de que um item sobreviva a
um dado intervalo estabelecido (de tempo, ciclos, distância). Isto é, não haverá
48
falhas no intervalo de 0 a X. A confiabilidade é dada pela função confiabilidade C(t),
conforme equação (3):
(3)
Logo, a equação (4), F(t) é a probabilidade de falha do sistema, ou seja:
(4)
A taxa condicional de falha é a probabilidade condicional de falha no intervalo de t a
t + dt, dado que não houve falha em t. Esta função também é conhecida como
função de risco ( . Matematicamente é representada pela equação (5):
(5)
A relação gráfica entre os diversos parâmetros pode ser observada na Figura 16:
Fonte: Lafraia (2011)
Figura 16 - Relação Gráfica entre parâmetros de confiabilidade
49
a) Outras Definições Ligadas à Confiabilidade:
Tempo médio para falha (TMPF) – é o tempo médio para falha de componentes que
não podem ser reparados. É aplicável a componente cuja vida termina na primeira
falha. É similar ao Tempo Médio Entre Falhas (TMEF), que é aplicável a
componentes reparáveis. É representado matematicamente pela fórmula (6):
(6)
b) Tempo médio para reparo (TMPR) – é o tempo para o reparo de
componentes; obtido de uma amostra nas mesmas condições de uso do
componente desejado. É representado matematicamente pela fórmula (7):
(7)
.
c) Disponibilidade (D) – é a probabilidade de que um componente que sofreu
manutenção exerça sua função satisfatoriamente para um dado tempo t. Na
prática, é expresso pelo percentual de tempo em que o sistema encontra-se
operante, para componentes que operam continuamente. Já para
componentes reserva, é a probabilidade de sucesso na operação do sistema
quando demandado. Frequentemente usado quando altos custos estão
envolvidos com a perda da função. Ideal para descrever equipamentos em
plantas de processo. É representado matematicamente pela fórmula (8):
(8)
d) A Figura 17 representa graficamente a relação entre disponibilidade e a
situação do componente:
50
Fonte: Lafraia (2011)
Considerando que C(t) = R(t). Tem-se abaixo, na Figura 18, o gráfico da curva
básica da confiabilidade R(t) em relação ao seu complementar, a curva de
probabilidade de falha F(t):
Fonte: Barbosa (2008)
Lafraia (2011) descreve que tradicionalmente, as fases da vida de um componente
ou sistema são descritos pela curva da banheira. Porém, antes de discuti-la é
necessário definir o que vem a ser taxa de falhas na qual é a frequência de
acontecimento das falhas num determinado intervalo de tempo e mensurado pelo
número de falhas por hora de operação.
Figura 17 - Relação entre Disponibilidade e a Situação do Componente.
Figura 18 - Curva confiabilidade versus não confiabilidade
51
A taxa de falhas é normalmente representada por . O inverso da taxa de falhas é
conhecido como o Tempo Médio Entre Falhas (TMEF) ou MTBF (Mean Time
Between Failures). A fórmula (9) do TMEF é:
(9)
A taxa média de falhas em um dado intervalo de tempo (t1, t2) depende da taxa de
falha conforme equação (10):
(10)
3.4.3 Curva da Banheira
A curva da banheira apresenta, de maneira geral, as fases da vida de um
componente. Embora ela seja apresentada como genérica, a curva da banheira só é
válida para componentes individuais (LAFRAIA, 2011).
Segundo Pinto e Xavier (2001), essa curva foi considerada, por muito tempo, como
um padrão para o comportamento de equipamentos e sistemas, mas a partir do
estudo de confiabilidade elaborado pela United Airlines – Figura 19 – e da
possibilidade de uma boa atuação nas fases que antecedem a entrada em operação
dos equipamentos não deve ser considerada como tal.
De acordo com Crowe e Feinberg (2001) a curva representa a taxa de falha de um
equipamento em função do tempo, é também conhecida como curva da banheira
devido ao seu formato, evidenciado na Figura 20.
A curva da banheira representa o comportamento, ao longo da vida, de vários
dispositivos elétricos, mecânicos e de softwares, sendo determinada a partir de
estudos estatísticos. Três regiões distintas da curva podem ser identificadas na
figura 8: região de falhas prematuras, região de vida útil e região de desgaste.
52
Fonte: Pinto e Xavier (2001)
Fonte: Crowe e Feinberg (2001)
Figura 19 - Tipos de curvas de falha
Figura 20 - Curva da banheira
53
Fase 1 (período de avaria precoce):
Conforme Pinto e Xavier (2001), nesta fase há grande incidência de falhas causadas
por componentes com defeitos de fabricação ou deficiências de projeto. Essas
falhas também podem ser oriundas de problemas de instalação.
Fase 2 (período de vida normal):
De acordo com Lafraia (2011), o período de vida útil é caracterizado por taxa de
falhas constante. Normalmente as falhas são de natureza aleatória, pouco podendo
ser feito para evitá-las, nesta fase β é praticamente constante e igual a . A região
de vida útil apresenta as menores taxas de falha.
Fase 3 (período de desgaste):
Nesta fase β cresce com o tempo e as falhas estão geralmente associadas ao
envelhecimento. Há um aumento na taxa de falhas decorrentes do desgaste natural,
que será tanto maior quanto mais passar o tempo. (Pinto e Xavier, 2001)
Segundo Pinto e Xavier (2001), normalmente a manutenção arca com todo o ônus
do trabalho mal feito nas etapas anteriores, mas, independentemente disso, as
consequências se traduzirão em baixa confiabilidade e lucros cessantes para a
planta.
54
4 APLICAÇAÇÃO DA METODOLOGIA RCM AO PROCESSO
A aplicação da metodologia RCM foi realizada durante a readequação de um
sistema de cadastro de equipamentos, estando atrelado ao procedimento descrito a
seguir:
1. Criação do Diagrama de Blocos Funcionais (DBF)
2. Revisão de Cadastro
3. Análise da criticidade dos equipamentos
a. FMEA
4. Revisão de Equipamentos não críticos
5. Criação e implementação dos Planos de Manutenção
4.1 CRIAÇÃO DO DIAGRAMA DE BLOCOS FUNCIONAIS (DBF)
O primeiro passo realizado em conjunto com a equipe de manutenção das áreas, foi
elaborar o Diagrama de Blocos Funcionais (DBF) registrando todos os
equipamentos, independente do número de níveis hierárquicos existentes no
sistema de ativos vigente.
Fonte: ArcelorMittal (2018)
Esse trabalho foi fruto de conhecimento técnico das equipes de área, consulta a
desenhos técnicos, manuais e visitas em campo. Essa etapa visa limitar fronteiras,
incluir todos os equipamentos e elevar o conhecimento do equipamento para a
equipe de análise. A visão geral do DBF é representada na Figura 21.
Figura 21 - Diagrama de blocos funcionais
55
4.2 REVISÃO DO CADASTRO
Com todos os equipamentos no DBF, o segundo passo consistiu em detalhar esses
equipamentos até o ultimo nível existente. Nessa fase, foi criada uma planilha com
base nas informações já existentes no sistema centralizada e posteriormente
validada com as equipes das áreas. Foi possível identificar presença de alguns
componentes cadastrados em duplicidade, alguns sem cadastros e alguns itens
existentes em campo, sem cadastro no sistema. Todos os ajustes foram realizados
através de visitas em campo, avaliação de desenhos técnicos e manuais. Nessa
fase pôde-se identificar a necessidade de agrupar, desdobrar ou até mesmo eliminar
os equipamentos. Essas alterações foram refletidas no DBF.
Como exemplificado na Figura 22, cada equipamento foi listado suas partes foram
segmentadas. Posteriormente foram classificados de acordo com suas
especialidades, sendo M para mecânica, E para elétrica e I para instrumentação.
Além disso, os equipamentos também foram classificados de acordo com a área de
atuação:
• EP: Equipamentos das áreas de produção ou apoio que atendem diretamente
a linha de produção
• EA: Equipamentos auxiliares da área de apoio
Fonte: ArcelorMittal, 2018
4.3 ANÁLISE DA CRITICIDADE DOS EQUIPAMENTOS
Buscou-se o envolvimento com todas as equipes de área a fim de ampliar a análise
dos equipamentos. Após as devidas análises na Cartilha de Manutenção e Gestão
de Ativos, foi possível realizar o levantamento das diretrizes de manutenção e
gestão de ativos, que podem ser divididas em: Matriz de Criticidade, Fator de
Figura 22 - Revisão do cadastro e classificação dos equipamentos
56
Item Fator de Falha Peso Critério Nota
Não para a produção da área operacional. 0
Para a produção da área operacional, afetando em no maximo 1/3 da
produção da unidade operacional.3
Para a produção da área operacional, afetando mais de 1/3 do plano de
produção da unidade operacional.5
Não influi na qualidade do produto da área operacional. 0
Influi na qualidade do produto da área operacional. 3
Influi na qualidade do produto da unidade operacional. 5
Não influi no meio ambiente.0
A falha provoca impacto médio no meio ambiente, sujeito a penalidades
legais.3
A falha provoca impacto grave no meio ambiente com penalidade legal
e/ou perda de imagem5
Não influi na segurança pessoal. 0
Existe risco de acidente pessoal em caso de falha 3
Existe alto potencial de acidente pessoal, em caso de falha. 5
Possui stand ou não necessita (não afeta a produção). 0
Afeta a produção da área operacional e não possui stand by. 3
Afeta a produção da unidade operacional e não possui stand by. 5
Alta confiabilidade, normalmente não há ocorrência de falhas esporádicas
e/ou aleatórias. R(30 dias) ≥ 95%0
Média confiabilidade há ocorrência de falhas esporádicas e/ou aleatórias.
75% ≤ R(30 dias) < 95%3
Baixa confiabilidade, ocorrência frequente de falhas. R(30 dias) < 75% 5
Imediata 0
Recuperação rápida das condições normais de produção após reparo (< 8
horas)3
Recuperação rápida das condições normais de produção após reparo (> 8
horas)5
Não afeta o custo de produção da unidade operacional 0
afeta o custo de produção da unidade operacional 5
Influência no meio
ambiente3 10
Influência na produção1 10
Influência na qualidade
do produto2 10
4Influência na segurança
pessoal10
5 Existência de stand by 8
8Influência no custo da
produção 8
6 Ocorrência de falhas 10
7Recupeção da produção
após reparo8
Correção e Classificação Final da Criticidade. Em seguida, uma análise minuciosa
sobre os pontos críticos apresentados baseados na criticidade dos equipamentos. A
aplicação da ferramenta FMEA inicia-se nessa etapa. Podemos determinar a
criticidade de forma padronizada seguindo os critérios, pesos e notas que cada fator
de falha possui, como mostrado na Tabela 4.
Tabela 4 - Critério de criticidade para equipamentos
Fonte: ArcelorMittal, 2018
Após a análise da matriz de criticidade, é possível obter o fator de correção dado em
função da utilização do equipamento na planta industrial visando atender ao plano
de produção no cenário mais atual. A Tabela 5 apresenta os índices de trabalho,
dado em relação à porcentagem de trabalho do equipamento em uma faixa de 24
horas trabalhadas, juntamente com o fator de correção correspondente, para que
seja possível calcular a criticidade dos equipamentos através da Equação 11.
57
Tabela 5 - Fator de Correção para Faixa de Criticidade
Fonte: ArcelorMittal, 2018
(11)
Com a Faixa de Criticidade obtida, após comparação dos resultados, é realizada a
classificação de criticidade em três níveis distintos de acordo com a Tabela 6.
Equipamentos que possuem uma faixa de criticidade inferior a 132 são classificados
com índice de criticidade C, de baixa criticidade. Os classificados como B, de média
criticidade, possuem uma faixa de criticidade entre 132 e 196. Equipamentos tidos
como criticidade A são aqueles que possuem prioridade elevada, mas não
comprometem o funcionamento da usina. Para todo equipamento classificado como
A é realizado uma última avaliação verificando se a produção final é afetada em
caso de parada do equipamento durante 8 horas. Caso aconteça, a criticidade deste
equipamento passa a ser AA, do tipo “para a usina”, possuindo uma prioridade ainda
maior que os classificados como A e espera-se que menos de 5% de todos os
equipamentos da área possuam este tipo de classificação.
Tabela 6 - Classificação Final de Criticidade
Fonte: ArcelorMittal, 2018
Após o cálculo com os parâmetros citados, todos equipamentos receberam uma
classificação para posterior análise, como mostrado na Figura 23.
58
E
Q
U
I
P
A
M
E
N
T
O
❶
FUNÇÃO DO
EQUIPAMENTO
❷
FALHA
FUNCIONAL
❸
MODOS
DE FALHAS
❹
S
❺
O
❻
D
❼
RPN
❽
CAUSAS
❾
TAREFA
PROPOSTA
PELA
MATRIZ
DECISÃO
RCM
❿
PONTOS
PROPOSTOS
PARA
ELABORAÇÃO
DE PLANOS
⓫
P
⓬
TIPO
⓭
QUEM
⓮
TAREFAS
EXISTENTES
⓯
P
⓰
TIPO
⓱
QUEM
⓲
Fonte: ArcelorMittal, 2018
Após avaliação da criticidade e escolha dos equipamentos mais críticos a serem
tratados, uma equipe composta por engenheiros mecânicos, engenheiros eletricistas
e demais técnicos da área de manutenção é convocada para reuniões periódicas
com a finalidade de elaborar o FMEA para os equipamentos de criticidade AA e A.
Nestas reuniões foram realizados momentos do tipo brainstorming, para a
elaboração e adequação do FMEA juntamente com os planos de manutenção dos
equipamentos.
A Tabela 7 tem por finalidade exemplificar o cabeçalho de uma planilha FMEA com
os principais tópicos a serem preenchidos.
Tabela 7 – Análise de Modos de Falha e Efeitos para Equipamentos – FMEA
Fonte: Autor, 2019
Figura 23 – Classificação dos equipamentos
59
Índice
1
2 a 3
4 a 6
7 a 8
9 a 10Muito alta: Envolve riscos à operação e segurança
Tabela de Severidade
Severidade
Marginal: sem efeito no sistema
Baixa: ocasiona apenas pequenos transtornos
Moderada: ocasiona grandes danos, sistema inoperante
Alta: ocasiona grandes danos, sistema inoperante
Campo 1 – Equipamento
Consta neste espaço informações básicas de identificação do equipamento
analisado. Por exemplo: Transportador de Correia Finos de Minério 1.
Campo 2 – Função do Equipamento
Descreve a função principal que aquele equipamento deverá executar. Como por
exemplo: Transportar finos de minério a uma determinada capacidade.
Campo 3 – Falha Funcional
Siqueira (2012, p. 54), define falha funcional como a incapacidade de um item em
desempenhar uma função específica dentro dos limites desejados. Exemplo: não
transportar minério a uma determinada capacidade.
Campo 4 – Modo de Falha
De acordo com Pereira (2011), falha é a consequência do modo como age sobre a
função de um componente. Ou seja, Modo de falha é a descrição da forma de como
o equipamento deixa de cumprir a sua função. Por exemplo: Motor elétrico de
acionamento do transportador queimado.
Campo 5 – Severidade da Falha
É o indicador que define a gravidade da falha para o equipamento. A atribuição da
severidade da falha pode ser classificada de acordo com a Tabela 8.
Tabela 8 - Tabela de Severidade
Fonte: Pereira, 2011
Campo 6 – Probabilidade de Ocorrência da Falha
Pereira (2011) define este campo como sendo uma estimativa da probabilidade de
ocorrência da falha. Logo, atribuem-se índices para sua ocorrência como mostrado
na Tabela 9.
60
Índice
1
2 a 3
4 a 6
7 a 8
9 a 10Muito alta: falha inevitável
Tabela de Probabilidade de Ocorrência
Probabilidade
Remota: ocorrência de falha improvável
Baixa: pouco provável ou poucas falhas
Moderada: falhas ocasionais
Alta: falhas repetitivas
Índice
1 a 2
3 a 4
5 a 6
7 a 8
9
10
Muito baixa: muito provável de ser detectada
Tabela de Probabilidade de Detecção
Absolutamente indetectável: não será, com certeza
Detecção
Muito alta: chance inevitável
Alta: boa chance de detecção
Moderada: 50% de chance
Baixa: não é provável que seja detectável
Tabela 9 – Tabela de Probabilidade e Ocorrência
Fonte: Pereira, 2011
Campo 7 – Probabilidade de Detecção
Pereira (2011) define probabilidade de detecção como sendo o índice pelo qual podemos avaliar a possibilidade de percepção da falha, como mostrado na Tabela 10.
Tabela 10 – Tabela de Probabilidade de Detecção
Fonte: Pereira (2011)
Campo 8 – Índice de Risco (RPN)
Número de Prioridade de Risco, do inglês Risk Priority Number (RPN), define os
riscos em um FMEA que podem ser quantificados por meio da multiplicação dos
fatores obtidos nos campos 5, 6 e 7. Como mostrado na equação 12.
(12)
Campo 9 – Causas
Indica o porquê o modo de falha ocorreu, qual foi a possível causa do defeito, uso
indevido, erros de projeto, dentre outros que podem ocasionar a falha do
equipamento.
61
Campo 10 – Tarefa proposta pela matriz de decisão RCM
Neste campo será informado o direcionamento da tarefa a ser executada decidida
pela matriz decisão RCM, de acordo com o Anexo I.
Campo 11 - Pontos Propostos para Elaboração de Planos
Este campo será preenchido com os novos planos de inspeção para determinado
equipamento. Exemplo: Plano de serviço para medição da resistência de isolamento
do motor.
Campo 12 – Periodicidade
Neste campo será incluído o tempo necessário para realizar a inspeção nos
equipamentos.
Campo 13 – Tipo de inspeção
Qual a natureza da inspeção que será executa. Exemplo: Inspeção sensitiva de
rotina.
Campo 14 – Especialista da Área
Neste campo conterá o técnico ou especialista que realizará a inspeção do plano de
manutenção. Exemplo: IM – Inspetor Mecânico; M – Mecânico; IE – Inspetor
Eletricista.
Depois dessas etapas realizadas foi concluída a elaboração da planilha FMEA,
contendo os ajustes dos planos de manutenção do equipamento em questão, que
foram modificados e incrementados no sistema da empresa no qual controla as rotas
de inspeção feitas pelos inspetores das áreas produtivas da mesma.
Campo 15 – Tarefas Existentes
O campo descreve se a tarefa já é existente ou não.
Campo 16, 17 e 18 – Periodicidade, Tipo e Quem
Descreve a nova faixa de tempo, tipo de inspeção a ser executada/modificada e
quem executará a nova tarefa.
62
Como citado anteriormente, foi realizado uma análise FMEA para cada equipamento
que obteve uma classificação A ou AA na área de classificação de criticidade.
Dentre os diversos equipamentos onde a ferramenta foi aplicada, exemplifica-se os
resultados obtidos após a realização do processo realizado no Canhão de Lama 1.
Deve-se ressaltar que, devido a extensão da planilha de FMEA, a segmentação da
mesma em figuras distintas mostrou-se necessária.
Fonte: ArcelorMittal, 2018
Figura 24 - Planilha FMEA PT.1
63
Fonte: ArcelorMittal, 2018
Fonte: ArcelorMittal, 2018
Figura 25 - Planilha FMEA PT.2
Figura 26 – Planilha FMEA PT.3
64
4.4 REVISÃO DOS EQUIPAMENTOS NÃO CRÍTICOS
A revisão dos equipamentos não críticos foi realizada baseada nas informações de
manuais de fabricantes e do sólido conhecimento técnico das equipes das áreas.
Em função da criticidade e relevância, para alguns equipamentos foi adotado da
estratégia run to failure, isto é, operar até a falha, visto que não traria maiores
impactos ao processo produtivo.
4.5 CRIAÇÃO E IMPLEMENTAÇÃO DOS PLANOS DE MANUTENÇÃO
Essa é uma fase não menos importante dentro do processo de revisão dos planos,
quando enfim as tarefas de manutenção serão transformadas em planos de
manutenção dentro do sistema, permitindo que as áreas usufruam do resultado
obtido nos passos anteriores. Essa fase será conduzida da seguinte maneira:
• Preparar o sistema para a carga da nova árvore de cadastro;
• Elaborar as rotas de inspeção;
• Nivelar os recursos;
• Incluir os planos de manutenção;
• Treinar os inspetores e executantes nas novas rotinas de manutenção;
• Testar e validar;
65
5 RESULTADOS
Para a posterior avaliação de resultados do trabalho desenvolvido, registros diários
de dados foram realizados entre os anos de 2018 e 2019, além do levantamento dos
dados dos anos anteriores tendo como base dois parâmetros principais: Reduções
de Volume de Sopro (RVS) e Registro de ocorrências de Turno (REOC). A análise
de tais parâmetros mostra-se essencial tendo em vista a relação do mesmo com o
desempenho do alto forno.
As reduções de volume de sopro refletem nos resultados de produção da gusa,
produto final obtido no processo. Altas reduções de volume inferem em grandes
perdas de capacidade produtiva, resultando na consequente redução dos lucros.
O registro de ocorrência de turnos, em geral, visa evidenciar as ocorrências
inesperadas, realizadas em “emergência”, em grande maioria devido a falhas
inesperadas. Portanto, um grande índice de ocorrências de turno, reduz o tempo de
disponibilidade dos equipamentos, tendo em vista a influência da equipe atuando no
mesmo a fim de reparar e/ou substituir o equipamento. Assim, a elevação deste
índice pode evidenciar uma manutenção ineficiente.
Os gráficos referentes à RVS e REOC são apresentados a seguir.
Gráfico 01 – Ocorrências de turno 2015 ~2019
Fonte: ArcelorMittal, 2019
66
Gráfico 02 – RVS acumulada
Fonte: ArcelorMittal, 2019
67
6 CONCLUSÕES E DISCUSSÕES
Como mostrado nos gráficos 01 e 02, do ano de 2016 a 2019 ocorreu uma redução
acentuada no número de ocorrências de turno, reduzindo de 2556 ocorrências em
2016 para 1598 em 2018. A redução corresponde a 37,6 %.
Em paralelo à redução de ocorrências, tem-se uma grande queda nas reduções do
volume de sopro. Tal queda já era esperada, tendo em vista sua ligação direta com
a indisponibilidade dos equipamentos que vinha ocorrendo.
Portanto, o benefício do presente estudo é evidenciado, trazendo à tona a
importância e utilidade de metodologias como o RCM na indústria atual.
Para que os resultados sigam melhorando, sugere-se a continuação da aplicação
das metodologias atreladas à confiabilidade a longo prazo. O acompanhamento em
tempo real pode ser implementado em conjunto com os parâmetros de manutenção
preditiva já controlados remotamente, desenvolvendo um controle do
acompanhamento de criticidade de área online.
68
7 REFERÊNCIAS
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69
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70
Consequênciasde falhas ocultas
A perda de função causada por estemodo de falha torne-se por si mesma evidente para a equipe de operação
em circunstancias normais?
É tecnicamente viável e vale a pena ser executada uma tarefa sob condição?
Exite uma nítida condição de falha em potencial? Qual é a condição? Qual é o intervalo
P-F? O intervalo P-F é extenso o suficiente para ter utilidade? Ele é consistente?
A tarefa pode ser feita a intervalos menores que o P-
F?
Tarefa sob condição
Não
Sim
Essa tarefa assegura a disponibilidade necessaria para reduzir o risco de
fallha múltipla a um nivel aceitável?
Uma tarefa programada de recuperação é tecnicamente viável e vale a pena ser executada?
Exite uma idade em que ocorre um rápido aumento da probabilidade condicional de falha? Qual é essa idade? A
maioria das falhas ocorre após essa idade? A tarefa de recuperação vai restaurar a original resistência à falha?
Essa tarefa assegura a
disponibilidade
necessaria para reduzir o risco de
fallha múltipla a um
nivel aceitável?
Tarefa programada de recuperação
Uma tarefa programada de descarte é tecnicamente viável e vale a pena ser executada?
Exite uma idade em que ocorre um rápido aumento
da probabilidade
condicional de falha? Qual é essa idade? A maioria das falhas ocorre após
essa idade?
Essa tarefa assegura a disponibilidade necessaria para reduzir o risco de
fallha múltipla a um
nivel aceitável?
Uma tarefa programada de localização de falha, para detectar a falha funcional, é tecnicamente
viável e vale a pena ser executada?
É possível verificar se o item falhou? A execução da tarefa é viável dentro
dos intervalos necessários?
Essa tarefa assegura a disponibilidade necessaria para reduzir o risco de
fallha múltipla a um nivel aceitável?
Tarefa programada de descarte
A falha múltipla poderia afetar a segurança ou o meio ambiente?
Tarefa programada de localização de falha
É obrigatório reprojetar
Nenhuma manutenção
Reprojetar deve ser justificado
Não
Não
Não
Não
Não
Sim
Sim
Sim
Sim
CONSEQUÊCIAS NA SEGURANÇA E NO MEIO AMBIENTE
Este modelo de falha causa perda de função ou
outro dano que poderia
ferir ou matar alguém?
É tecnicamente viável e vale a pena ser executada uma tarefa sob condição?
Exite uma nítida condição de falha em potencial? Qual é a condição? Qual é o intervalo
P-F? O intervalo P-F é extenso o suficiente para ter utilidade? Ele é consistente?
A tarefa pode ser feita a intervalos menores que o P-
F?
Tarefa sob condição
Não
Sim
Essa tarefa reduz o risco de falha a um
nível aceitável?
Uma tarefa programada de recuperação é tecnicamente viável e vale a pena ser executada?
Exite uma idade em que ocorre um rápido aumento da probabilidade condicional de falha? Qual é essa idade? A
maioria das falhas ocorre após essa idade? A tarefa de recuperação vai restaurar a original resistência à falha?
Essa tarefa reduz o risco de falha a um
nível aceitável?
Tarefa programada de recuperação
Uma tarefa programada de descarte é tecnicamente viável e vale a pena ser executada?
Exite uma idade em que ocorre um rápido aumento da probabilidade condicional de falha? Qual é essa idade? A
maioria das falhas ocorre após essa idade?
Essa tarefa reduz o risco de falha a um
nível aceitável?
Uma combinação das tarefas acima é tecnicamente viável e vale a pena ser executada?
Tarefa programada de descarte
Não
Não
Não
Não
Sim
Sim
Sim
Este modelo de falha causa perda de função ou outro dano que poderia
violar qualquer padrão ou
regulamento ambiental?
Combinação de tarefas
É obrigatório reprojetar
Não
Sim Sim
Sim
8 ANEXO I
71
Não
CONSEQUÊCIASOPERACIONAIS
Este modelo de falha tem um efeito adverso direto sobre a capacidade operacional (volume de saída, qualidade do produto, serviço ao cliente ou custos
operacionais, além de custos diretos de reparo)?
É tecnicamente viável e vale a pena ser executada uma tarefa sob condição?
Exite uma nítida condição de falha em potencial? Qual é a condição? Qual é o intervalo
P-F? O intervalo P-F é extenso o suficiente para ter utilidade? Ele é consistente?
A tarefa pode ser feita a intervalos menores que o P-
F?
Tarefa sob condição
Sim
Durante um período de tempo, o custo da
execução dessa tarefa será inferior ao
custo total das consequências
operacionais e reparo das falhas que ela se
destina a impedir?
Uma tarefa programada de recuperação é tecnicamente viável e vale a pena ser executada?
Exite uma idade em que ocorre um rápido aumento da probabilidade condicional de falha? Qual é essa idade? A
maioria das falhas ocorre após essa idade? A tarefa de recuperação vai restaurar a original resistência à falha?
Durante um período de tempo, o custo da
execução dessa tarefa será inferior ao
custo total das consequências
operacionais e reparo das falhas que ela se
destina a impedir?
Tarefa programada de recuperação
Uma tarefa programada de descarte é tecnicamente viável e vale a pena ser executada?
Exite uma idade em que ocorre um rápido aumento da probabilidade condicional de falha? Qual é essa idade? A
maioria das falhas ocorre após essa idade?
Durante um período de tempo, o custo da
execução dessa tarefa será inferior ao
custo total das consequências
operacionais e reparo das falhas que ela se
destina a impedir?
Nenhuma manutenção programada
Tarefa programada de descarte
Não
Não
Não
Sim
Sim
Sim
Reprojetar deve ser justificado
CONSEQUÊCIAS NÃOOPERACIONAIS
É tecnicamente viável e vale a pena ser executada uma tarefa sob condição?
Exite uma nítida condição de falha em potencial? Qual é a condição? Qual é o intervalo
P-F? O intervalo P-F é extenso o suficiente para ter utilidade? Ele é consistente?
A tarefa pode ser feita a intervalos menores que o P-
F?
Tarefa sob condição
Sim
Durante um período de tempo, o custo da
execução dessa tarefa será inferior ao
custo total das consequências
operacionais e reparo das falhas que ela se
destina a impedir?
Uma tarefa programada de recuperação é tecnicamente viável e vale a pena ser executada?
Exite uma idade em que ocorre um rápido aumento da probabilidade condicional de falha? Qual é essa idade? A
maioria das falhas ocorre após essa idade? A tarefa de recuperação vai restaurar a original resistência à falha?
Durante um período de tempo, o custo da
execução dessa tarefa será inferior ao
custo total das consequências
operacionais e reparo das falhas que ela se
destina a impedir?
Tarefa programada de recuperação
Uma tarefa programada de descarte é tecnicamente viável e vale a pena ser executada?
Exite uma idade em que ocorre um rápido aumento da probabilidade condicional de falha? Qual é essa idade? A
maioria das falhas ocorre após essa idade?
Durante um período de tempo, o custo da
execução dessa tarefa será inferior ao
custo total das consequências
operacionais e reparo das falhas que ela se
destina a impedir?
Nenhuma manutenção programada
Tarefa programada de descarte
Não
Não
Não
Sim
Sim
Reprojetar deve ser justificado
Não